Representação de dados

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Representação de dados
Prof. Fabio Henrique Silva
Descrição
Organização e arquitetura de computadores. Utilização dos sistemas de numeração e representação de dados.
Propósito
Introduzir os fundamentos básicos da representação de dados desde o bit — a menor unidade de representação dos dados em um sistema de computação — até os caracteres, apresentados em aplicações, em um nível de abstração mais próximo do usuário.
Objetivos
Módulo 1
Sistemas de computação
Identificar as unidades de informação utilizadas pelos sistemas de computação.
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Módulo 2
Sistemas de numeração e operações aritméticas
Descrever os sistemas de numeração a partir da prática de operações aritméticas.
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Módulo 3
Conversão
Empregar a conversão entre os sistemas de numeração.
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100%
Módulo 4
Representação de dados
Categorizar as tabelas de representação de dados.
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Introdução
É muito importante dominar conceitos fundamentais que determinam qualquer área de conhecimento. Um dos conceitos fundamentais da computação está relacionado ao termo bit. O computador é uma máquina concebida a partir de componentes eletrônicos. De um modo geral, o bit possibilita representar os sinais elétricos em informações que possuem significados úteis para a criação e para o processamento de tarefas.
Veremos também os fundamentos dos sistemas de numeração posicionais. Eles são indispensáveis para o entendimento da formação dos números nas chamadas bases de numeração, ou seja, a quantidade de símbolos diferentes possíveis. Daremos um enfoque especial às seguintes bases: decimal, binária, octal e hexadecimal.
Entenderemos como são convertidos os valores entre bases numéricas distintas e, além disso, realizaremos operações aritméticas de adição e subtração em outras bases diferentes da base decimal. Dominar esse procedimento é importante para possibilitar a alternância entre os sistemas de numeração decimal (utilizados normalmente em nosso cotidiano) e três outros sistemas: binário, octal e hexadecimal (usados pelo computador).
Os bits constituem a forma básica da representação de dados de um computador. Suas informações são obtidas conforme padrões de representações. Afinal, o computador precisa utilizar valores numéricos para representar os sinais gerados no hardware. No entanto, estamos habituados a representar dados e informações por meio de letras, palavras, frases etc. Esse processo se repete quando um usuário comum deseja receber uma informação em caracteres. Apontaremos de que maneira ocorre a representação de conjuntos de bits em caracteres, além de apresentarmos tabelas de representação de dados.
Vamos lá!
1
Sistemas de computação
Ao final deste módulo, você será capaz de identificar as unidades de informação utilizadas pelos sistemas de computação.
Unidades de informação
Você já comparou como são realizados os processos de comunicação entre o computador e o ser humano?
As pessoas normalmente podem criar textos formados por frases, as quais, por sua vez, utilizam palavras compostas por letras (caracteres).
Da mesma forma, um sistema de computação precisa usar representações simbólicas para que o processamento dos dados seja realizado corretamente e em conformidade com as expectativas de seus projetistas e usuários.
Demonstraremos, a seguir, como as unidades de informação são fundamentais para a realização desse processo.
O computador armazena e move os dados eletronicamente sob a forma de voltagem ou corrente elétrica. A representação dos valores elétricos é feita na forma binária; portanto, ela utiliza somente dois valores: 0 e 1. Quando os bits são agrupados em um conjunto ordenado com oito valores, temos a unidade de medida denominada byte.
Você pode ver no exemplo a seguir várias sequências de 8 bits, que formam o byte. Essas sequências são entendidas pelo computador e decodificadas, dando origem ao caractere.
Por isso, a menor unidade de informação possível em um sistema de computação é o bit.
Vamos entender como é feita a conversão entre bit e byte?
Sabemos que 8 bits = 1 byte. Então, como convertemos 512 bits em byte?
Fazendo uma regra de três simples:
8bits−−−1byte
512bits−−−x
x=512/8=64 bytes 
Desse modo, a regra geral para a conversão é:
De bit para byte
Dividimos o valor por 8.
De byte para bit
Multiplicamos o valor por 8.
Apontaremos, a seguir, quatro conjuntos formados nas unidades de informação:
· Um conjunto ordenado de bytes, que representa uma informação útil para os computadores, constitui uma palavra.
· Um conjunto estruturado de palavras forma um registro.
· Um conjunto organizado de registros forma um arquivo.
· Um conjunto organizado de arquivos forma um banco de dados.
Múltiplos e submúltiplos
Da mesma forma que fazemos no nosso cotidiano, podemos empregar múltiplos e submúltiplos para grandezas nos sistemas de unidades a fim de exprimir valores de grandeza maiores ou menores que uma unidade.
Por exemplo, para medir a grandeza comprimento, é usada a unidade de base metro, conforme o no Sistema Internacional de Medidas. Veja o exemplo a seguir:
Medido na Via Dutra, o comprimento entre Rio de Janeiro e São Paulo é de aproximadamente 434.000 metros.
Esse valor pode ser abreviado usando o prefixo quilo, que é múltiplo do metro no fator de 103 (1.000). Assim, dizemos que 434 km (quilômetros) é igual a 434 x 1.000 = 434.000 metros.
Mapa indicando a distância entre Rio de Janeiro e São Paulo.
Também podemos utilizar prefixos de múltiplos e submúltiplos das unidades bit e byte. Em geral, a abreviação simbólica do bit é realizada com o “b” minúsculo e a do byte, com o “B” maiúsculo.
Observe estas representações:
4.000 Kb (4.000 x 103 = 4.000.000 bits)
567 MB (567 x 106 = 567.000.000 bytes)
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Atenção!
No exemplo, a representação dos múltiplos e submúltiplos foi realizada com uma base numérica decimal, que possui 10 números (de 0 a 9), já que a utilizamos normalmente no nosso dia a dia. Entretanto, seus resultados expressam valores aproximados (e não exatos) da quantidade de bits ou bytes medidos em um computador.
Como vimos, o bit é a menor unidade de informação dos computadores atuais. Como só possui dois valores possíveis (0 e 1), ele é representado pela base numérica binária.
Se reescrevermos o exemplo anterior representando os valores decorrentes do cálculo com a base 2, obteremos:
4.000 Kb (4.000 x 210 = 4.096.000 bit)
567 MB (567 x 220 = 594.542.592 bytes)
A tabela a seguir mostra alguns prefixos empregados na computação a fim de abreviar valores medidos em uma unidade base (por exemplo, bit ou byte) para valores em potências de 2 (binário) e de 10 (decimal):
	Unidade
	Valor em potência de 2
	Valor unitário
	Valor em potência de 10
	Valor unitário
	1K(quilo)
	210
	1024
	103
	1.000
	1M(mega)
	220
	1.048.576
	106
	1.000.000
	1G(giga)
	230
	1.073.741.824
	109
	1.000.000.000
	1T(tera)
	240
	1.099.511.627.776
	1012
	1.000.000.000.000
Fabio Henrique Silva.
Esses são os prefixos tipicamente adotados na computação com unidades de medida para exprimir valores de grandezas muito maiores ou menores que aqueles da unidade usada sem um prefixo.
Os valores unitários podem ser obtidos a partir da notação dos múltiplos da grandeza em:
Potência de 2
Potência de 10
Expressam os valores (em decimal) que, de fato, são manipulados pelo computador em binário.
Suponha que você queira mudar o prefixo do valor a seguir:
52,9GB→TB?
Usando como referência os valores mostrados na tabela anterior, veja uma maneira de realizar isso:
1. filter_1
Escrever os prefixos em sua sequência (B, KB, MB etc.).
2. filter_2
Colocar o valor (no caso, 52,9) embaixo da unidade com o prefixo dado. Esse será seu ponto de partida ou ponto de referência relacionado ao novo valor obtido.
3. filter_3
Desenhar uma seta no sentido do prefixo pretendido. Do lado esquerdo dela, fica o operador matemático "+"; do direito, o sinal "-". O sinal resultante fica ao lado do valor do expoente da base utilizada.
Assim, você terá:
Conforme os valores mostrados na tabela anterior, observemos sua aplicaçãocom múltiplos nas potências de 10 e de 2:
Potência de 10
52,9 x 10-3 = 0,0529 TB
Isso ocorrerá se considerarmos os múltiplos em potência de 10.
Potência de 2
52,9 x 2-10 TB ~ 0,05166
Como o cálculo do valor na potência de 2 não é tão “trivial” quanto o cálculo do valor na potência de 10, uma sugestão é deixá-lo no formato de notação científica. Se, ainda assim, você quiser realizá-lo, ele será de aproximadamente 0,05166 TB.
Entre dois prefixos de unidades de medida vizinhos tipicamente utilizados na computação, o expoente da base decimal varia, em geral, de 3 em 3 (ou de 10 em 10, se a base for binária).
Assim, por exemplo, entre giga (G) e mega (M), o valor para a potência de 10 é 103, e para a potência de 2 é 210.
Do mesmo modo, entre tera (T) e giga (G), permanecem os valores para as potências de 10 e 2: 103 e 210, respectivamente.
Já entre giga (G) e quilo (K), registramos o seguinte valor: 103 x 103 = 106, ou 210 x 210 = 220.
Esta imagem ilustra alguns exemplos:
Suponhamos que você deseje novamente mudar o prefixo do valor a seguir:
143GB→KB?
Para isso, você deverá fazer o seguinte:
Vejamos, por fim, os cálculos nas potências de 10 e de 2:
Potência de 10
143 x 106 = 143.000.000 KB
Potência de 2
143 x 220 = 149.946.368 KB
Representação das informações no computador
O primeiro passo indispensável para evoluir em qualquer área de atuação pretendida no ramo da computação é entender como um computador funciona, verificando como as informações são representadas dentro dele.
Tudo o que é adequado para processamento com computadores digitais será representado (codificado) como uma sequência de 0s e 1s, sejam dados numéricos, texto, arquivos executáveis, sejam imagens, áudio ou vídeo.
(SEDGEWICK; WAYNE, 2017, p. 874, tradução nossa)
Por exemplo, para cada tipo de dado, serão amplamente utilizados os seguintes métodos padrão de codificação:
1. computer
Padrão ASCII
O padrão ASCII pode associar um número binário de 7 bits a cada um dos 128 caracteres distintos possíveis.
2. computer
Formato de arquivo MP3
O formato de arquivo MP3 especifica o modo de codificar um arquivo de áudio como uma sequência de 0s e 1s.
3. computer
Formato de imagem .png
O formato de imagem .png especifica os pixels das imagens digitais como uma sequência de 0s e 1s.
video_library
Representação de dados e conversão de unidades de medida
Neste vídeo, o professor Fabio Henrique Silva reforça alguns conceitos da representação de dados e pratica a conversão entre as unidades de medida.
emoji_events
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
A quantos bits equivalem 256 bytes?
A
32 bits
B
256 bits
C
1.024 bits
D
2.048 bits
E
4.096 bits
Responder
Questão 2
Passe 0,876 MB para o prefixo de múltiplo ou submúltiplo da unidade indicada: TB.
Qual é o seu resultado?
A
0,000000876 TB
B
0,00876 TB
C
876 TB
D
876.000 TB
E
876.000.000 TB
Responder